JP2016090051A - 摩擦伝動ベルト - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の摩擦伝動ベルトは、通常、伸張層と、この伸張層の一方の面に形成された圧縮層と、前記伸張層と前記圧縮層との間にベルト長手方向に沿って埋設される芯体(心線)とを備えている。詳しくは、本発明の摩擦伝動ベルトは、外周面を形成する伸張層と、この伸張層の一方の面に形成され、内周面を形成する圧縮層と、前記伸張層と圧縮層との間に長手方向に延びて介在する芯体とを備えていてもよい。また、本発明の摩擦伝動ベルトは、伸張層と圧縮層との間に介在する接着ゴム層(接着層)をさらに有していてもよく、前記芯体は、前記接着ゴム層内に埋設してもよい。
本発明の摩擦伝動ベルトは、少なくとも一部がプーリと接触可能な伝動面を有する圧縮層を備えており、この圧縮層が、ポリマー成分及びポリビニルアルコール系樹脂粒子を含むゴム組成物で形成されている。
ポリマー成分としては、公知のゴム成分及び/又はエラストマー、例えば、ジエン系ゴム[天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(ニトリルゴム)、水素化ニトリルゴム(水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマーを含む)など]、エチレン−α−オレフィンエラストマー、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリル系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどが例示できる。これらのポリマー成分は単独で又は二種以上組み合わせて使用することができる。これらのポリマー成分のうち、有害なハロゲンを含まず、耐オゾン性、耐熱性、耐寒性を有し、経済性にも優れる点から、エチレン−α−オレフィンエラストマー(エチレン−プロピレンゴム(EPR)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDMなど)などのエチレン−α−オレフィン系ゴム)が好ましい。
本発明では、ポリビニルアルコール系樹脂粒子を前記ポリマー成分に配合することにより、研磨された摩擦伝動面で前記粒子を略均一に分散して突出せずに露出できる。さらに、前記ポリビニルアルコール系樹脂は水溶性であり、圧縮層の摩擦伝動面の水に対する濡れ性(ゴムと水との親和性)を向上できる。そのため、走行時に水が侵入してもベルトとプーリ間に水膜が均一に拡がり、摩擦状態を安定化して自励振動による発音を抑制できる。特に、実車エンジンのような回転変動がある場合でも、滑り速度に対する摩擦係数の変化を小さくして、スティック−スリップによる異音を低減して被水時の耐発音性を向上できる。さらに、ポリビニルアルコール系樹脂粒子は、圧縮層を形成するゴム組成物中におけるポリマー成分に対する補強材の補強効果を阻害しないため、内部損失(tanδ)を低く保持できる。
ゴム組成物は、圧縮層の機械的強度を向上させるために、補強材を含んでいてもよい。補強材には、慣用の充填剤及び補強繊維などが含まれる。
ゴム組成物は、必要により、慣用の添加剤又は配合剤を含んでいてもよい。配合剤としては、例えば、加硫剤又は架橋剤[例えば、オキシム類(キノンジオキシムなど)、グアニジン類(ジフェニルグアニジンなど)、金属酸化物(酸化マグネシウム、酸化亜鉛など)、有機過酸化物(ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、ジアルキルパーオキサイドなど)など]、加硫助剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、可塑剤、軟化剤(パラフィンオイル、ナフテン系オイルなどのオイル類など)、加工剤又は加工助剤(ステアリン酸、ステアリン酸金属塩、ワックス、パラフィンなど)、老化防止剤(芳香族アミン系、ベンズイミダゾール系老化防止剤など)、接着性改善剤[レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物、ヘキサメトキシメチルメラミンなどのメラミン樹脂、これらの共縮合物(レゾルシン−メラミン−ホルムアルデヒド共縮合物など)など]、着色剤、粘着付与剤、カップリング剤(シランカップリング剤など)、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤など)、潤滑剤、難燃剤、帯電防止剤などが例示できる。これらの配合剤は単独又は二種以上組み合わせて使用でき、ポリマー成分の種類や用途、性能に応じて適宜選択して用いられる。
本発明の圧縮層は、内部の損失正接又は誘電正接(tanδ)が低いことが好ましい。損失正接(tanδ)とは、損失弾性率(E”)を貯蔵弾性率(E’)で除したものであり、振動1サイクルの間に熱として散逸(ロス)されるエネルギーと貯蔵される最大エネルギーとの比として表され、エネルギー損失の尺度となる。すなわち、tanδにより、ゴム組成物に加えられる振動エネルギーが熱として散逸される指標を数値化して表すことができる。従って、tanδが小さいほど散逸される熱は小さい(すなわち、内部発熱が小さくなり省燃費性が向上する)。本発明の好ましい態様では、ベルトが通常走行する温度(例えば、40〜120℃の温度範囲)におけるtanδに着目し、このtanδを低く設定している。具体的には、例えば、40℃及び周波数10Hzでの圧縮層のtanδは、省燃費性を向上させるため、0.08〜0.17程度の範囲から選択でき、例えば0.09〜0.165、好ましくは0.095〜0.16、さらに好ましくは0.1〜0.15(特に0.1〜0.13)程度である。
本発明の摩擦伝動ベルトの製造方法は特に制限されず、公知又は慣用の方法が採用できる。例えば、圧縮層と、芯体が埋設された接着層と、伸張層とを、それぞれ未加硫ゴム組成物で形成して積層し、この積層体を成形型で筒状に成形し、加硫してスリーブを成形し、この加硫スリーブを所定幅にカッティングすることにより形成できる。より詳細には、以下の方法でVリブドベルトを製造できる。
先ず、表面が平滑な円筒状の成形モールドに伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に芯体を形成する心線(撚りコード)を螺旋状にスピニングし、さらに接着層用シート、圧縮層用シートを順次巻き付けて成形体を作製する。その後、加硫用ジャケットを成形体の上から被せて金型(成形型)を加硫缶内に収容し、所定の加硫条件で加硫した後、成形モールドから脱型して筒状の加硫ゴムスリーブを得る。そして、この加硫ゴムスリーブの外表面(圧縮層)を研削ホイールにより研磨して複数のリブを形成した後、カッターを用いてこの加硫ゴムスリーブをベルト長手方向に所定の幅にカットしてVリブドベルトに仕上げる。なお、カットしたベルトを反転させることにより、内周面にリブ部を有する圧縮層を備えたVリブドベルトが得られる。
先ず、内型として外周面に可撓性ジャケットを装着した円筒状内型を用い、外周面の可撓性ジャケットに未加硫の伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に芯体を形成する心線を螺旋状にスピニングし、さらに未加硫の圧縮層用シートを巻き付けて積層体を作製する。次に、前記内型に装着可能な外型として、内周面に複数のリブ型が刻設された筒状外型を用い、この外型内に、前記積層体が巻き付けられた内型を、同心円状に設置する。その後、可撓性ジャケットを外型の内周面(リブ型)に向かって膨張させて積層体(圧縮層)をリブ型に圧入し、加硫する。そして、外型より内型を抜き取り、複数のリブを有する加硫ゴムスリーブを外型から脱型した後、カッターを用いて、加硫ゴムスリーブをベルト長手方向に所定の幅にカットしてVリブドベルトに仕上げる。この第2の製造方法では、伸張層、芯体、圧縮層を備えた積層体を一度に膨張させて複数のリブを有するスリーブ(又はVリブドベルト)に仕上げることができる。
第2の製造方法に関連して、例えば、特開2004−82702号公報に開示される方法(圧縮層のみを膨張させて予備成形体(半加硫状態)とし、次いで伸張層と芯体とを膨張させて前記予備成形体に圧着し、加硫一体化してVリブドベルトに仕上げる方法)を採用してもよい。
EPDM:三井化学(株)製「EPT2060M」
PVA−A:ポリビニルアルコール完全ケン化品、ケン化度98.7〜99.7モル%、粘度平均重合度1700、電気化学工業(株)製「デンカポバールK−17C」
PVA−B:ポリビニルアルコール部分ケン化品、ケン化度86.5〜89.5モル%、粘度平均重合度600、電気化学工業(株)製「デンカポバールB−05S」
PVA−C:ポリビニルアルコール疎水基変性品、ケン化度93.0〜97.0モル%、粘度平均重合度1700、疎水基の種類:アルキル基、電気化学工業(株)製「デンカポバールF−300S」
PVA−D:ポリビニルアルコール完全ケン化品、ケン化度99モル%以上、粘度平均重合度1700、電気化学工業(株)製「デンカポバールK−177」
界面活性剤:ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、日本乳化剤(株)製「ニューコール2308−LY」
カーボンブラックHAF:東海カーボン(株)製「シースト3」、平均粒径28nm
カーボンブラックGPF:東海カーボン(株)製「シーストV」、平均粒径62nm
ナイロン短繊維:66ナイロン、平均繊維径27μm、平均繊維長3mm
綿短繊維:デニム、平均繊維径13μm、平均繊維長6mm
ビニロン短繊維:平均繊維径26μm、平均繊維長6mm
有機過酸化物:ジクミルパーオキサイド
共架橋剤:ジベンゾイル・キノンジオキシム、大内新興化学工業(株)製「バルノックDMG」
老化防止剤A:ジフェニルアミン系老化防止剤(大内新興化学工業(株)製「ノクラックCD」)
老化防止剤B:メルカプトベンゾイミダゾール系老化防止剤(大内新興化学工業(株)製「ノクラックMB」)。
加硫ゴムシートを用いて、JIS K6264(1993)に準じて測定した。
加硫ゴムシートから試験片を採取し、試験片とした。試験片は厚さ2.0mm、幅4.0mm、長さは40mmである。そして、粘弾性測定装置(上島製作所製「VR−7121」)のチャックに、チャック間距離15mmで試験片をチャックして固定し、初期歪(静的歪)2.0%を与え、周波数10Hz、動的歪1.0%(すなわち、前記初期歪2.0%を中心位置又は基準位置として長手方向に±1.0%の歪みを付与しつつ)、昇温速度1℃/分で25℃、40℃、100℃でのtanδ(損失正接)を求めた。
加硫ゴムシートの表面と水との接触角θ(水滴の接線と表面とがなす角)は、図2に示すように、表面に水を滴下した水滴の投影写真から、θ/2法を用いて以下の式より求めることができる。
θ=2θ1 …(1)
tanθ1=h/r → θ1=tan−1(h/r) …(2)
(式中、θ1は、表面に対して、水滴の端点(図2では左端点)と頂点とを結ぶ直線の角度であり、hは水滴の高さ、rは水滴の半径を示す。)
式(2)を式(1)に代入して、以下の式(3)が得られる。
θ=2tan−1(h/r) …(3)
接触角の測定は、全自動接触角計(協和界面科学(株)製「CA−W型」)を用いて滴下した水滴の投影写真からrとhを測定し、式(3)を用いて算出した。測定は滴下直後(1秒後)及び60秒後の接触角を算出した。接触角θが小さいほど表面は水との親和性
に優れている。
加硫ゴムシートから直径8mm×厚さ2mmの円板状試験片を採取し、ピンオンディスク摩擦係数測定装置を用いて、摩擦力を測定し、摩擦係数を算出した。詳しくは、表面粗さRaが0.8μmである相手材(SUS304)により荷重2.192kgf/cm2で試験片を押し付けて、30ml/分の水量で測定するときのみ試験片に水をかけて注水しながら、摩擦速度0〜2.0m/秒で摩擦力を測定し、摩擦速度(相手材に対する滑り速度)に対する摩擦係数の曲線の傾き(μ−V特性)を最小二乗法により算出した。なお、この傾きは、滑り速度に対する摩擦係数の変化を表す。
駆動プーリ(直径80mm)、従動プーリ(直径80mm)、テンションプーリ(直径120mm)を順に配置した試験機の各プーリにVリブドベルトを掛架し、ベルトのテンションプーリへの巻き付け角度を90°とし、室温条件下で、駆動プーリの回転数を3000rpm、従動プーリのトルクを9.8N・m、ベルトスリップ率が6%となるようベルト張力を自動調整しながら24時間走行させた。そして、走行試験前後のベルト重量を測定し、ベルト重量減量(走行前ベルト重量−走行後ベルト重量)を走行前ベルト重量で除したものを、摩耗率として算出した。
図3に示すように、直径55mmの駆動(Dr)プーリと、直径55mmの従動(Dn)プーリとで構成される2軸走行試験機にVリブドベルトを掛架し、500N/ベルト1本の張力でVリブドベルトに所定の初張力を付与し、従動プーリ無負荷で駆動プーリを2000rpmで回転させたときの駆動トルクと従動トルクとの差をトルクロスとして算出した。なお、この測定で求まるトルクロスは、Vリブドベルトに起因するトルクロス以外に、試験機の軸受けに起因するトルクロスも含まれている。そのため、ベルトとしてのトルクロスが実質0と考えられる金属ベルト(材質:マルエージング鋼)を予め走行させ、その駆動トルクと従動トルクとの差を軸受けに起因するトルクロス(軸受け損失)として求めた。そしてVリブドベルトを走行させて算出したトルクロス(ベルトと軸受けの二つに起因するトルクロス)から、軸受けに起因するトルクロス(軸受け損失)を差し引いた値を、ベルト単体に起因するトルクロスとして求めた。なお、上記トルクロス(軸受け損失)は所定の初張力で金属ベルトを走行させたときのトルクロス(例えば、初張力500N/ベルト1本でVリブドベルトを走行させた場合、この初張力で金属ベルトを走行させたときのトルクロスが軸受け損失となる)である。このVリブドベルトのトルクロスが小さいほど省燃費性に優れている。
ミスアライメント発音評価試験(発音限界角度)は、直径101mmの駆動プーリ(Dr.)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL1)、直径120mmのミスアライメントプーリ(W/P)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL2)、直径61mmのテンションプーリ(Ten)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL3)を順に配置した図4にレイアウトを示す試験機を用いて行った。アイドラープーリ(IDL1)とミスアライメントプーリの軸離(スパン長)を135mmに設定し、全てのプーリが同一平面上(ミスアライメントの角度0°)に位置するように調整した。
走査型電子顕微鏡((株)キーエンス製「VE−7800」)を用いて、原料のポリビニルアルコール粒子を、倍率50倍にて撮影後、画像解析ソフトを使用して、ポリビニルアルコール粒子の粒径(長径及び短径)を測定し、ポリビニルアルコール粒子の平均粒径及びアスペクト比を算出した。結果を表1に示す。
表1に示すゴム組成物をバンバリーミキサーでゴム練りし、この練りゴムをカレンダーロールに通して所定厚みの未加硫圧延ゴムシートを作製した。得られたシートの所定寸法を採取した後、165℃及び30分間の加硫条件でプレス加硫し、加硫ゴムシートを作製した。
表3に示すゴム組成物をバンバリーミキサーでゴム練りし、この練りゴムをカレンダーロールに通して所定厚みの未加硫圧延ゴムシート(圧縮層用シート)を作製した。また、表3に示すゴム組成物において、短繊維、界面活性剤及びポリビニルアルコール(PVA)を含まないゴム組成物を用い、圧縮層用シートと同様の方法で接着層用シート及び伸張層用シートを作製した。
2…圧縮層
3…リブ
4…接着層
5…伸張層
Claims (13)
- 少なくとも一部がプーリと接触可能な伝動面を有し、かつポリマー成分及びポリビニルアルコール系樹脂粒子を含有するゴム組成物で形成された圧縮層を含む摩擦伝動ベルト。
- ポリビニルアルコール系樹脂粒子の平均アスペクト比が10以下である請求項1記載の摩擦伝動ベルト。
- ポリビニルアルコール系樹脂粒子のビニルアルコール単位のケン化度が86〜97モル%である請求項1又は2記載の摩擦伝動ベルト。
- ポリビニルアルコール系樹脂粒子の粘度平均重合度が300〜3500である請求項1〜3のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- ポリビニルアルコール系樹脂粒子の融点が、ベルトの加硫温度よりも高い請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- ポリビニルアルコール系樹脂粒子の20℃における水への溶解度が60質量%以上である請求項1〜5のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- ポリビニルアルコール系樹脂粒子が、疎水基で変性されたポリビニルアルコール系樹脂粒子である請求項1〜6のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- ポリビニルアルコール系樹脂粒子の割合が、ポリマー成分100質量部に対して5〜30質量部である請求項1〜7のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- ポリビニルアルコール系樹脂粒子が、伝動面で分散して露出している請求項1〜8のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- 圧縮層が、さらに補強材を含む請求項1〜9のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- ポリマー成分が、エチレン−α−オレフィンエラストマーである請求項1〜10のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- さらに芯体とベルト背面を形成する伸張層とを含み、前記伸張層の一方の面に圧縮層が形成され、かつ前記伸張層と前記圧縮層との間にベルト長手方向に沿って前記芯体が埋設されている請求項1〜11のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- Vリブドベルトである請求項1〜12のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
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